Einleitung
Das Forschungsprogramm des transregionalen Sonderforschungsbereichs beschäftigt sich mit einem der faszinierendsten Gebiete der gegenwärtigen Physik, der Natur und inneren Struktur von Teilchen, die man Hadronen nennt und die eine starke Wechselwirkung aufeinander ausüben. Die bekanntesten unter ihnen, die Protonen und Neutronen, bilden Atomkerne und repräsentieren die sichtbare Materie des Universums und die, aus der wir selbst bestehen. In mancher Hinsicht ähneln die Hadronen normalen Atomen: Sie haben eine endliche Größe und besitzen angeregte Zustände, charakteristisch für zusammengesetzte Objekte. Es gibt starke Hinweise darauf, dass sie komplexe Systeme elementarer Quarks und Gluonen sind, die als zugrunde liegende Freiheitsgrade einer fundamentalen Quantenfeldtheorie, der Quanten Chromo Dynamik (QCD), agieren. Obwohl allgemein angenommen wird, dass die QCD die korrekte zugrunde liegende Theorie ist, weiß man sehr wenig über Lösungen in Energiebereichen, die typisch sind für Hadronen. Dies resultiert aus der sehr starken Kraft zwischen den Quarks, die durch die Gluonen vermittelt wird, und insbesondere der Kraft zwischen den Gluonen selbst, die zu Nicht- Linearitäten führt und die Anwendung störungstheoretischer Methoden ausschließt, die auf anderen Gebieten so erfolgreich eingesetzt werden können. Die QCD weist ungewöhnliche charakteristische Phänomene auf, die in anderen Theorien nicht auftauchen: Confinement und chirale Symmetriebrechung. Ein tieferes Verständnis der Struktur und Dynamik der Hadronen, speziell ihres Anregungsspektrums, ableitbar aus der QCD, würde eine der letzten terrae incognitae des Standardmodells erschließen.
Elektronen und Photonen sind ideale Sonden für diese Aufgabe; ihre Wechselwirkung mit den untersuchten Objekten ist relativ schwach und gut verstanden und liefert unverfälschte Informationen über die Hadronen. Außerdem kann ihre räumliche Auflösung und Orientierung geeignet gewählt und angepasst werden, um die Empfindlichkeit auf die interessierenden Eigenschaften zu optimieren. Moderne Errungenschaften auf dem Gebiet der Beschleuniger und polarisierter Nukleonentargets haben neue Experimentiermöglichkeiten mit vorher unzugänglichen Informationen eröffnet. Hermetisch geschlossene Detektoren für geladene und neutrale Teilchen erlauben die Rekonstruktion von Zerfallskaskaden hoch liegender Anregungen und die Extraktion ihrer Quantenzahlen, Kopplungen und anderer Eigenschaften. Neue Daten, teilweise aus Experimenten an ELSA, haben eine intensive wissenschaftliche und öffentliche Debatte über die mögliche Existenz exotischer Hadronen ausgelöst. Solche exotischen Teilchen wurden theoretisch vorhergesagt, müssten mindestens fünf Valenz-Quarks enthalten und würden unser Bild von den Hadronen drastisch ändern. Diese ersten Befunde müssen durch weitere präzise und selektive Daten bestätigt werden und benötigen die enge Zusammenarbeit von Theorie und Experiment. Sie unterstreichen nachhaltig die Bedeutung hoher Strahlenergien für die Hadronspektroskopie.
Die Kombination des ELSA-Beschleunigers mit seinem polarisierten Elektronenstrahl von mehreren GeV, der ausgezeichneten Infrastruktur für hoch polarisierte Targets und dem Crystal Barrel Detektor mit maßgeschneiderten Erweiterungen unter Vorwärtsrichtung bilden eine einzigartige Einrichtung von unschätzbarem Wert. Schlüsselexperimente, deren Auswertung und Interpretation können in enger und synergetischer Zusammenarbeit von Gruppen mit großer Expertise, sowohl aus der Theorie als auch dem Experiment, durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Forschungsprogramm verspricht einen signifikanten Beitrag zu unserem Verständnis der Struktur des Nukleons und seines Anregungsspektrums und damit der komplexen Mechanismen einer fundamentalen Theorie, die die Entstehung und Dynamik von Hadronen als den Bausteinen der Materie steuern. Dies ist die Motivation zur Einrichtung eines transregionalen Sonderforschungsbereichs, mit ELSA als Zentrum und getragen von Gruppen der Universitäten Bonn, Bochum und Gießen, mit hoher Anziehungskraft auf Forschungsinstitute in und außerhalb Deutschlands.
Einleitung.
Fragestellungen und grundlegende Betrachtungen.
Hauptinstrumentierung des SFB/TR 16
Verbindung des SFB/Transregio mit anderen Feldern der Teilchen- und Kernphysik
Vergleichbare nationale und internationale Forschungsaktivitäten